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        面向功能的電子電器架構(gòu)分析方法

        2018-03-29 06:13:21胡朝峰
        汽車(chē)電器 2018年3期
        關(guān)鍵詞:發(fā)動(dòng)機(jī)概念信號(hào)

        胡朝峰

        (上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司乘用車(chē)公司,上海 201804)

        汽車(chē)電子功能的不斷增長(zhǎng)使得汽車(chē)電氣系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜,電子電器架構(gòu)為功能實(shí)現(xiàn)和子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供電氣集成環(huán)境,而面臨的真正挑戰(zhàn)是如何進(jìn)行功能分配,并進(jìn)行概要設(shè)計(jì)和整體把控。面向功能的電子電器架構(gòu)分析方法為汽車(chē)電氣功能開(kāi)發(fā)提供了一套較為完整的開(kāi)發(fā)流程和分析方法:需求分析、接口模型設(shè)計(jì)、對(duì)標(biāo)分析、概念方案設(shè)計(jì)、分析評(píng)估及功能建模。

        1 需求分析

        分析功能需求,車(chē)輛和平臺(tái)的需求。

        案例:碰撞燃油切斷,當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給,一則用來(lái)確保發(fā)動(dòng)機(jī)停火;二則避免在發(fā)動(dòng)機(jī)碰撞時(shí)高壓供油油路破裂,導(dǎo)致燃油外噴引起火災(zāi)。需求可提煉為碰撞事件探測(cè)和燃油切斷。

        2 接口模型設(shè)計(jì)

        依據(jù)功能需求確定I/O接口,并進(jìn)行功能行為模型描述。

        圖1為碰撞燃油切斷功能接口模型,燃油切斷功能在監(jiān)測(cè)到碰撞時(shí)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給(停止供油和停止噴油),需具備的前期條件:①電源模式處于RUN(必要條件,功能工作的前提);②發(fā)動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)(可選條件,輸入);③探測(cè)到碰撞事件發(fā)生(必要條件,輸入。常用的碰撞事件探測(cè)方案有2種:通過(guò)慣性開(kāi)關(guān)進(jìn)行探測(cè)和通過(guò)安全氣囊控制單元識(shí)別碰撞傳感器);④車(chē)速達(dá)到一定閾值(可選條件,輸入)。

        圖1 功能接口模型

        3 對(duì)標(biāo)分析

        通過(guò)對(duì)主流OEM實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析,能有效幫助了解競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手實(shí)現(xiàn)這些功能的細(xì)節(jié):功能分配原則、實(shí)現(xiàn)方案、不同實(shí)現(xiàn)方案技術(shù)成熟度及成本評(píng)估等。架構(gòu)功能分析必須與技術(shù)層面相結(jié)合,只有了解這些信息,電子電器架構(gòu)才能通過(guò)評(píng)估結(jié)果來(lái)選定功能在項(xiàng)目中最優(yōu)解決方案。

        主流OEM1: 通過(guò)氣囊點(diǎn)爆信號(hào)來(lái)控制燃油切斷,氣囊控制器單元監(jiān)測(cè)到碰撞發(fā)生后,通過(guò)CAN總線將表征碰撞事件發(fā)生的氣囊點(diǎn)爆信號(hào)發(fā)給燃油供給控制單元,發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元停止對(duì)燃油泵的供電繼電器驅(qū)動(dòng)控制和發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴控制,如圖2所示。

        圖2 主流OEM1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

        主流OEM2:通過(guò)氣囊點(diǎn)爆信號(hào)來(lái)控制燃油切斷,控制原理同OEM1,不同的是實(shí)現(xiàn)方案在從氣囊控制器單元到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元,CAN總線傳輸經(jīng)過(guò)了網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換,如圖3所示。

        圖3 主流OEM2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

        從對(duì)標(biāo)信息看,碰撞燃油切斷為主流OEM標(biāo)配功能,通過(guò)氣囊點(diǎn)爆信號(hào)來(lái)判定碰撞事件的發(fā)生(取代慣性開(kāi)關(guān)信號(hào))是當(dāng)前的主流,在已有實(shí)現(xiàn)方案基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件升級(jí)拓展出新的功能,成本最優(yōu)。

        4 概念方案設(shè)計(jì)

        以現(xiàn)有項(xiàng)目電子電器架構(gòu)為基礎(chǔ),參考對(duì)標(biāo)方案分析,將功能接口模型與電子電器架構(gòu)進(jìn)行融合(稱(chēng)之為功能分配),每個(gè)功能接口將分配到實(shí)施載體,最后形成概念方案。

        概念方案1:通過(guò)慣性開(kāi)關(guān)切斷燃油供給。此方案慣性開(kāi)關(guān)串聯(lián)在燃油泵繼電器供電上游線組中,當(dāng)發(fā)生撞車(chē)事故時(shí),慣性開(kāi)關(guān)觸發(fā)切斷燃油泵(繼電器)供電,從而達(dá)到切斷燃油供給,如圖4所示。

        圖4 概念方案1

        概念方案2:發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元依據(jù)氣囊點(diǎn)爆網(wǎng)絡(luò)信號(hào)切斷燃油供給。當(dāng)安全氣囊控制單元探測(cè)到撞車(chē)事故時(shí),通過(guò)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)將氣囊點(diǎn)爆信號(hào)傳給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元,發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元確認(rèn)撞車(chē)事故發(fā)生(網(wǎng)絡(luò)信號(hào):氣囊點(diǎn)爆),停止對(duì)燃油泵(繼電器)和燃油噴射控制,從而停止發(fā)動(dòng)機(jī)供油,同主流OEM1方案(圖2)。

        概念方案3:發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元依據(jù)氣囊點(diǎn)爆信號(hào)(網(wǎng)絡(luò)+硬線)切斷燃油供給。當(dāng)發(fā)生撞車(chē)事故時(shí),安全氣囊控制單元通過(guò)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)將氣囊點(diǎn)爆信號(hào)傳給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元,同時(shí)驅(qū)動(dòng)硬線氣囊點(diǎn)爆信號(hào)給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元,硬線點(diǎn)爆信號(hào)作為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的冗余設(shè)計(jì),并具備故障探測(cè),發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元探測(cè)到氣囊點(diǎn)爆(網(wǎng)絡(luò)或硬線信號(hào)任何一方有效)發(fā)生時(shí),停止對(duì)燃油泵(繼電器)和燃油噴射控制,如圖5所示。

        圖5 概念方案3

        5 分析評(píng)估

        結(jié)合概念方案選型,從影響范圍、技術(shù)成熟度、安全性、可拓展性、成本和質(zhì)量6個(gè)方面進(jìn)行概念方案評(píng)估比較。通過(guò)概念方案評(píng)估比較,確定方案選型。

        綜合碰撞燃油切斷3個(gè)概念方案的評(píng)估比較,如表1所示,概念方案2在無(wú)需增加額外的部件條件下,只需調(diào)整軟件策略,就可實(shí)現(xiàn)碰撞燃油切斷功能,且此方案在主流OEM中有成熟應(yīng)用,推薦概念方案2作為首選方案(前提:概念方案2功能實(shí)施各方安全性能保障。因各OEM功能分配和實(shí)施差異,如果系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的安全性無(wú)法保障,推薦概念方案3作為備選方案)。

        表1 概念方案評(píng)估比較

        6 功能建模

        通過(guò)建立功能物理實(shí)現(xiàn)概念方案模型,作為設(shè)計(jì)輸入。

        PREEvision工具為電子電器架構(gòu)開(kāi)發(fā)提供了一套自上而下且基于模型的解決方案。此方案綜合了需求開(kāi)發(fā)、邏輯功能設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)和部件架構(gòu)、電氣系統(tǒng)和線束設(shè)計(jì)以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[1]。通過(guò)PREEvision進(jìn)行碰撞燃油切斷功能建模,輸出概念方案模型如圖6所示,作為項(xiàng)目設(shè)計(jì)約束。

        圖6 功能實(shí)現(xiàn)方案模型

        7 總結(jié)

        面向功能的電子電器架構(gòu)分析方法為汽車(chē)電氣功能開(kāi)發(fā)提供了一套較為完整的開(kāi)發(fā)流程和分析方法,能有效地指導(dǎo)架構(gòu)功能實(shí)現(xiàn)方案選型和對(duì)現(xiàn)有方案進(jìn)行優(yōu)化。

        [1] 馮香枝,胡朝峰,張海濤.基于PREEvision 的汽車(chē)電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)[J].汽車(chē)電器,2013(10):43-46.

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